【正文】 ........................................ 19 6 結(jié)論與展望 ............................................................................................................................ 22 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................... 23 謝辭 ............................................................................................................................................ 24 附錄 1 總電路圖 ......................................................................................................................... 25 附錄 2 系統(tǒng)源程序 ...................................................................................................................... 26 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 選題背景 數(shù)碼相框是一個(gè)瀏覽圖片 的電子設(shè)備，具有很多傳統(tǒng)紙質(zhì)照片不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) Protothreads的移植，保證了系統(tǒng)工作的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)主菜單和應(yīng)用程序之間切換。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均在文中以明確方式表明。各電路模塊硬件設(shè)計(jì)完成后編寫(xiě)各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序，不斷的調(diào)試軟硬件，直到該模塊軟硬件都正常工作。 經(jīng)過(guò)以上三個(gè)步驟的驗(yàn)證，數(shù)碼相框的功能已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了，需要做的就是不停的優(yōu)化程序代碼，調(diào)試程序，使其性能能滿(mǎn)足課題所需的要求，在速度和解碼圖片顯示的質(zhì)量上都要達(dá)到一定的性能要求。 （ 4）實(shí)現(xiàn)多任務(wù)圖片菜單設(shè)計(jì)，當(dāng)鼠標(biāo)移到應(yīng)用程序圖標(biāo)處，按下確定鍵進(jìn)入應(yīng)用程序。 嵌入式現(xiàn)在在電子領(lǐng)域是最熱門(mén)的概念之一，是當(dāng)前電子技術(shù)發(fā)展的又一新熱點(diǎn)。 二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述） 數(shù)碼相框從剛提出發(fā)展到現(xiàn)在 ，已有 近九 年的時(shí)間。 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 8 后 期 （ 2020 年 5 月 7日 至 2020 年 5 月 18日） 學(xué)生主要工作： 將設(shè)計(jì)初稿交給指導(dǎo)老師審查，依據(jù)老師的一些意見(jiàn)和建議來(lái)對(duì)論文進(jìn)行修改和完善， 完成 論文 終稿。微處理器的選擇， STC12系列單片機(jī)是我國(guó)宏晶科技公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)， 是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快 812倍。 KEY_DOWN_EXIT為“向下 — 退出”鍵，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)向下移動(dòng)或退出功能。 4. 本任務(wù)書(shū)在畢業(yè)論文完成后，與論 文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評(píng)閱和畢業(yè)論文答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊(cè)的主要內(nèi)容之一。 3 一、畢業(yè)論文的要求和內(nèi)容 數(shù)碼相框又叫電子相冊(cè)，是一種可以播放圖片的電子設(shè)備。電子相冊(cè)、萬(wàn)年歷、系統(tǒng)設(shè)置、演示程序是通過(guò)輕量級(jí)任務(wù)系 統(tǒng)Protothreads簡(jiǎn)稱(chēng) pt)進(jìn)行切換的， pt是一個(gè)占用內(nèi)存極小的 C語(yǔ)言封裝宏函數(shù)庫(kù) ，為 一種無(wú)堆棧的輕量線(xiàn)程環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬線(xiàn)程的條件阻塞、信號(hào)量操作等操作系統(tǒng)中特有的機(jī)制，從而使程序?qū)崿F(xiàn)多線(xiàn)程操作。還增加了 ISP（在系統(tǒng)編程） /IAP(在應(yīng)用編程 )編程、看門(mén)狗和 MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路等功能，內(nèi)部資源非常豐富， flash 容量和 RAM 容量可選范圍寬。 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 9 七、其他（學(xué)生提交） 1．開(kāi)題報(bào)告 1 份 2．外文資料譯文 1 份（ 1000 字以上，并附資料原文） 3．設(shè)計(jì) 1 份（理科 4000 字以上，文科 6000 字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 系 負(fù) 責(zé) 人 ： 學(xué)生開(kāi)始執(zhí)行 任務(wù)書(shū)日期： 學(xué)生姓名： 送交畢業(yè)設(shè)計(jì) 日期： 宜春學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目： 基于單片機(jī)的 多功 能 數(shù)碼相框 設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 學(xué) 院： 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院 系 電子與信息工程系 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 09 電信 學(xué) 號(hào)： 0934301122 姓 名： 劉勇 指導(dǎo)教師： 劉莉 填表日期： 2020 年 11 月 26 日 2 一、 選題的依據(jù)及意義 數(shù)碼相框是一個(gè)瀏覽圖片的電子設(shè)備，具有很多傳統(tǒng)紙質(zhì)照片不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 起初 數(shù)碼相框 的 解決方案 多數(shù) 是移植 其他系統(tǒng) 的平臺(tái)， 而用于 數(shù)碼相框的專(zhuān)業(yè)平臺(tái) 不多 。 它是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪 ， 適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 在消費(fèi)電子產(chǎn)品中應(yīng)用非常廣泛。 四、 本課題研究方法 本課題是使用實(shí)驗(yàn)的研究方法， 數(shù)碼相框的現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)解決放啊都是基于 ARM 或者 DSP 等高端處理器所設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng) 。 通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)程序，從而使整個(gè)系統(tǒng)的軟件功能完善，再進(jìn)行相應(yīng)硬件的設(shè)計(jì)。 （ 4） —，將各模塊合并成一張電路圖，進(jìn)行系統(tǒng) 總硬件設(shè)計(jì)。本人完全意識(shí)到本申明的法律責(zé)任，其后果由本人承擔(dān)。由于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)于軟件程序，從而使系統(tǒng)具有靈活性、方便移植、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外圍器件少，產(chǎn)品成本低，系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)容易等特點(diǎn)。傳統(tǒng)紙質(zhì)的相冊(cè)占用空間大，容易丟失，攜帶不方便，而且不能永久保存，時(shí)間久了會(huì)變得很模糊，致使很值得紀(jì)念的相片失去了紀(jì)念的意義?，F(xiàn)在，數(shù)碼相框市場(chǎng) 需求 越來(lái)越大，各種 用于數(shù)碼相框的專(zhuān)業(yè)平臺(tái) 也 越來(lái)越成熟，各種解決方案 也數(shù)不勝數(shù) 。嵌入式系統(tǒng)在硬件上已經(jīng)進(jìn)入片上系統(tǒng)階段，使用片上系統(tǒng)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)快速、靈活，具有 完善 的軟件開(kāi)發(fā)平 臺(tái) ，使基于 FPGA的片上系 統(tǒng) 得到了廣泛的應(yīng)用 。 2 方案設(shè)計(jì)與選擇 數(shù)碼相框主流設(shè)計(jì)方案 目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)方案主要有以下幾種 [1]： 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 （ 1） 采用 ARM+JPEG 硬件解碼器作為核心處理系統(tǒng)，解碼速度快，圖片顯示速度比較快捷，支持 MPEG MPEG4；在 USB 接口方面，支持 Slave 和 Host；在音頻處理方面，支持 mp wma、 wav、 aac、 ape、 flac、 alac 等音頻播放。 例如 愛(ài)國(guó)者的“雙屏數(shù)碼 相框”研發(fā)的目標(biāo)就是僅僅把數(shù)碼相框的“照片展示”特性發(fā)揮到極致，使照片在數(shù)碼相框上的顯示效果多種多樣。 此方案 有兩個(gè)方面優(yōu)點(diǎn) 。 3 詳細(xì)硬件設(shè)計(jì) STC12C5A60S2 單片機(jī)概述 本設(shè)計(jì)選擇的主控芯片是 STC12C5A60S2。 4種類(lèi)型分別為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉、 強(qiáng) 推挽輸出 /強(qiáng) 上拉、僅為輸入（高阻）或開(kāi)漏輸出功能。本設(shè)計(jì)使用的是外部時(shí)鐘，并且使用的晶振是 32MHz，提高了圖片刷新的速度。單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路如圖 33所示： 圖 33 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路 電源電路 在本系統(tǒng)中，各個(gè)模塊的工作電壓不盡相同， TFT液晶顯示屏和 SD卡工作電壓為 ，而單片機(jī)工作電壓為 5V。 SD卡有兩種通信協(xié)議， SD模式和 SPI模式。而且， SD模式需要微處理器帶有相對(duì)應(yīng)的控制器接口，而 51單片機(jī)是不支持 SD卡模式的，選用 SD模式則要增加硬件成本。 KEY_PRE、 KEY_NEXT、 KEY_DOWN_EXIT、 KEY_UP、 KEY_ENTER分別和單片機(jī)的 、 、 、 、 連接，當(dāng)按下按鍵時(shí)，單片機(jī)相應(yīng)引腳電平被拉低（為 0），通過(guò)檢測(cè)相應(yīng)引腳電平狀態(tài)就可 以確定是哪個(gè)按鍵按下，從而執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的功能，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)。 圖 37 LCD 液晶顯示電路 4 數(shù)碼相框的軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì) 整個(gè)數(shù)碼相框的軟件系統(tǒng)可以分為三個(gè)功能模塊：系 統(tǒng)主任務(wù)、系統(tǒng)菜單顯示任務(wù)、系統(tǒng)時(shí)間顯示任務(wù)。以下幾個(gè)函數(shù)是 Protothreads 中比較重要的幾個(gè)函數(shù)，分別對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明 [11]： PT_INIT(pt)： 初始化任務(wù)變量，只 需 在初始化函數(shù)中執(zhí)行一次 即可。 （ 3）數(shù)據(jù)寄存器 SPDAT：所要傳輸?shù)?8 位數(shù)據(jù)，為 Bit7~Bit0。如果此時(shí) SD 卡的片選信號(hào)為低電平，則 SD卡進(jìn)入 SPI模式，否則 SD 卡一直處于 SD模式。對(duì)這個(gè)命令中的幾個(gè)重要位進(jìn)行設(shè)置，就可以設(shè)置屏幕的顯開(kāi)始 發(fā)送命令 CMD17 響應(yīng)為 0xFE？ 返回 接收 512 字節(jié)數(shù)據(jù) 接收 2 字節(jié) CRC 碼 CRC 校正碼對(duì)嗎？ 結(jié)束 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 示方向，是從左開(kāi)始寫(xiě)入還是從右開(kāi)始寫(xiě)入，是從上開(kāi)始寫(xiě)入還是從下開(kāi)始寫(xiě)入。 （ 2） R1 寄存器：這個(gè)命令是驅(qū)動(dòng)器輸出控制命令，控制輸出轉(zhuǎn)變方向是從 S1 到 S720還是從S720 到 S1。 （ 1） SD 卡初始化函數(shù)：初始化函數(shù)主要完成 SD 卡的上電復(fù)位并將 SD 卡初始化為 SPI模式。 （ 1）控制寄存器 SPCTL：確定單片機(jī)作為主機(jī)還是從機(jī)，使能 SPI，設(shè)定 SPI發(fā)送和接收的位順序以及設(shè)定 SPI 傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)鐘速率。 Protothreads 最大的特點(diǎn)是占用內(nèi)存非常小，每個(gè) Protothreads 只需占用 2 字節(jié)的RAM，而且代碼非常短，移植很方便，只需在工程中包含三個(gè)頭文件 、 、 即可。液晶彩屏顯示電路如圖 37所示。 按鍵電路 因?yàn)楸菊n題設(shè)計(jì)了幾個(gè)功能，為了方便的 在各個(gè)功能件進(jìn)行切換，使用了五個(gè)按鍵，分別是左宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 移 KEY_PRE、右移 KEY_NEXT、上移 KEY_UP、下移 /退出 KEY_DOWN_EXIT、確定 KEY_ENTER五個(gè)按鍵。SPI模式則一般采用 4線(xiàn)制，即時(shí)鐘線(xiàn) CLK、片選線(xiàn) CS、主機(jī)輸出，從機(jī)輸入線(xiàn) MOSI以及從機(jī)輸出，主機(jī)輸入線(xiàn) MISO。 SD 卡 接口 電路 SD卡（ Secure Digital Memory Card）中文 名稱(chēng) 為安全 數(shù)碼卡 ，是一種 基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備， 存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)傳輸快，使用方便且安全可靠。如圖 43復(fù)位電路增加了二極管，在電源電壓 出現(xiàn)跳變 時(shí) 加快 電容 放電，一定寬度的電源毛刺 也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。 圖 31 STC12C5A60S2